توصيفگر ها :
دال پيش ساختهي بتني , بتن پرمقاومت با عملكرد بالا (HPC) , الياف فولادي , سقف كامپوزيت فولادي-بتني , آزمايش خمش چهار نقطهاي , آزمايش بارگذاري گسترده
چكيده فارسي :
همواره سبك سازي و افزايش سرعت اجراي سازهها امري مورد توجه در مهندسي سازه بوده است. در پژوهش پيش رو سقف كامپوزيت فولادي – بتني نويني معرفي شده است كه متشكل از دال پيش ساختهي بتني با عملكرد بالا و تير فولادي است. دو ويژگي مهم اين سقف، پيش ساخته بودن دالهاي بتني و ساخت آنها از بتن پرمقاومت با عملكرد بالا (HPC) ميباشد. استفاده از دالهاي بتني پيش ساخته نياز به ورق عرشه فولادي و قالب بندي براي سقفهاي كامپوزيت را رفع كرده و مقدار بتن ريزي در سازههاي فلزي را به صورت چشمگيري كاهش ميدهد. به كار گيري دالهاي پيش ساختهي نازك از جنس بتن HPC وزن كلي و نيروي زلزلهي وارد به سازه را كاهش داده، امكان استفاده از مقاطع ظريفتر سازهاي را فراهم ميآورد و سرعت اجرا را افزايش ميدهد. در بخش اول اين پژوهش تعداد 9 عدد دال بتني پيش ساخته تحت آزمايش خمش چهار نقطهاي قرار گرفتند. اين 9 دال بتني پيش ساخته در پارامترهايي مانند نوع بتن، ردهي مقاومتي ميلگرد و درصد ميلگرد طولي با يك ديگر تفاوت دارند. در ساخت اين دالها از3 نوع بتن معمولي، پرمقاومت اليافي با عملكرد بالا و پرمقاومت بدون الياف با عملكرد بالا استفاده شد. همچنين از دو نوع ميلگرد AIII و AIV با قطر 10 ميلي متر استفاده گرديد. تعدادي از نمونهها نيز تنها تفاوتشان در درصد ميلگرد طولي به كار رفته بود كه با هدف بررسي درصد ميلگرد طولي در رفتار خمشي دال پيش ساخته تعريف شدند. نتايج نشان داد كه استفاده از ميلگرد AIV به جاي ميلگرد AIII باعث كاهش شكل پذيري، شكست تردتر و افزايش ظرفيت خمشي 10 درصدي دال پيش ساختهي بتني شد. همچنين استفاده از بتن پرمقاومت با عملكرد بالا (HPC) به جاي بتن معمولي (NC) 13 درصد ظرفيت خمشي را افزايش داده اما شكل پذيري را كاهش داده است. به كار بردن الياف فولادي در كنار ميلگرد فولادي باعث شكست متقارن و نرمتر دال به همراه ترك خوردگيهاي بيشتر گرديد. بر اساس نتايج به دست آمده مشخص شد كه دال ساخته شده با بتن HPFRC نسبت به دال ساخته شده با بتن 30HPC درصد ظرفيت خمشي و 60 درصد شكل پذيري بيشتري دارد. علاوه بر آن، مقايسهي دالهاي با درصد ميلگرد طولي متفاوت نشان داد كه دال بتني پيش ساختهي داراي درصد ميلگرد برابر با 0/6𝞺max است؛ بهترين رفتار خمشي را داشته است. در بخش دوم پژوهش نمونهاي از سقف كامپوزيت معرفي شده به ابعاد 2100×4220 ميلي متر ساخته شد و تحت بارگذاري گسترده قرار گرفت. با توجه به مزيت ميلگرد فولادي AIII، قيمت گزاف الياف فولادي و مقاومت خمشي دال ساخته شده با بتن HPC، از بتن HPC مسلح به ميلگرد فولادي AIII در دالهاي پيش ساختهي نمونهي سقف كامپوزيت استفاده گرديد. براي اتصال اجزاي مختلف سقف از گروت پرمقاومت استفاده شده است. بارگذاري گسترده توسط بلوكهاي سنگي با چگالي 30 كيلو نيوتن بر متر مكعب اعمال شد و پس از بارگذاري كلي به ميزان 134/5 كيلو نيوتن مشاهده شد كه نمونهي سقف كامپوزيت، تنها دچار ريز تركهايي شده و با وجود تحمل 15/2 كيلو نيوتن بر متر مربع بار، دچار تغيير شكل پلاستيك نشده است. با مقايسهي خيز نمونهي سقف كامپوزيت و سقف كامپوزيت فولادي - بتني متداول داراي ابعاد مشابه مشخص گرديد كه نمونهي سقف كامپوزيت معرفي شده 6/7 درصد خيز كمتري را متحمل شده است. لازم به ذكر است كه باربري به ميزان 15/2 كيلو نيوتن بر متر مربع بيشتر از بار زندهي ضريبدار پيشنهادي ساختمانهاي مسكوني و اداري، سالنها و محلهاي تجمع و ازدحام در انواع ساختمانها توسط آيين نامههاي معتبر ميباشد. اين موضوع نشان از كاربردي بودن سقف كامپوزيت ارائه شده به عنوان سيستم سقف سازههاي فولادي دارد.
چكيده انگليسي :
The pursuit of lighter structures and faster construction has long been a focus in structural engineering. This study introduces an innovative steel-concrete composite floor system, comprising high-performance precast concrete slabs and steel beams. Notable features include the precast nature of the slabs and their construction using High-Performance Concrete (HPC), eliminating the need for steel decking and formwork while substantially reducing the concreting required in steel structures. Thin HPC precast slabs lower the overall structural weight and seismic forces, facilitate the use of slender structural sections, and accelerate construction. In the first phase of this research, nine precast concrete slabs were subjected to four-point bending tests, differing in concrete type, reinforcement yield stress, and longitudinal reinforcement ratio. The slabs employed conventional concrete, High-Performance Fiber-Reinforced Concrete (HPFRC), and HPC. Two types of reinforcement, AIII and AIV grade steel bars with a diameter of 10 mm, were used. Some samples differed only in the percentage of longitudinal reinforcement to examine its effect on the bending behavior of precast slabs. Results indicated that AIV steel bars, compared to AIII, reduced ductility, induced more brittle failure, and increased bending capacity by 10%. While using HPC led to brittle failures, conventional concrete enhanced ductility. Adding steel fibers alongside steel reinforcement resulted in a more symmetric and ductile failure with more cracking. HPFRC slabs outperformed HPC ones in bending behavior, with the optimal longitudinal reinforcement ratio identified at 𝞺 = 0.6 𝞺max. In the second phase, a full-scale specimen of the proposed composite deck with dimensions of 2100×4220 mm was constructed and subjected to uniform loading via stone blocks with a density of 3 ton⁄m^3 . Given the advantages of AIII steel reinforcement, higher flexural capacity of HPC, and the high cost of steel fibers, HPC reinforced with AIII steel bars was used in the precast slab of the composite deck specimen. The specimen withstood a load of 134.5 kN with only minor cracks. Despite bearing a uniform load of 15.2 kN/m², the specimen did not undergo plastic failure. Its deflection was 6.7% less than that of conventional steel - concrete composite deck of similar dimensions. The specimen's load-bearing capacity exceeded design standards for residential, office, and public spaces, affirming its viability as an efficient roofing system for steel structures.
